基于PLC的果园灌溉施肥决策和控制系统设计
发布时间：2022-02-17 09:24
目前,我国果园灌溉施肥技术得到了一定的发展,其节水、节肥、高效等优势明显优于传统的沟灌、漫灌以及人工撒肥、开沟施肥方式。但是我国灌溉施肥设备配套的决策和控制系统仍然不够完善,适用性和稳定性问题还未得到有效的解决,为此开发配套的决策和控制系统就显得非常重要。本文设计的基于PLC的果园灌溉施肥决策和控制系统以西门子S7-200 SMART PLC为下位机控制核心,上位机由强大科技QDGate301-L PLC远程控制模块提供的云平台和西门子SMART 700 IE V3人机交互触摸屏构成,实现了果树灌溉施肥的稳定控制。系统在果园中部署了土壤传感器、果树冠层环境温湿度传感器、果树叶面温湿度传感器和气象站获取果园信息,基于自适应加权融合算法的变论域模糊决策方法制定水肥决策方案。系统工作时,根据液位传感器、压力传感器等传感器获取设备实时工作状态,控制执行机构的运行。本文的研究内容如下:（1）利用西门子S7-200 SMART PLC搭建了果园灌溉施肥决策和控制系统的信息监测系统,选择正方形分割节点部署方式在果园土壤中部署了 6个土壤监测节点以采集土壤温湿度、EC值和pH值;选择随机部署的方式在果...
【文章来源】：河北农业大学河北省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１果园施肥方式??
ｌｏｇｉｃａｌ?ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ?ｈｏｓｔ???参数名称?检测范围或原理?精度或说明??空气温度?－４０°Ｃ￣８（ＴＣ?±０．５°Ｃ??空气湿度?０？１００％ＲＨ?±３％??土壤温度?－４０°Ｃ￣８（ＴＣ?±０．５Ｔ；??十壤湿度?０？１００％ＲＨ?±３％??大气压力?０￣?１２０?ｋＰａ?±?０．１５?ｋＰａ??光照强度?０￣２００?ｋＬｕｘ?±５％??风向风速?一?一???降雨量?磁开关脉冲信号计量?－???图３－３气象监控主机实物图??Ｆｉｇ．３－３?Ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｍａｐ?ｏｆ?ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ?ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ?ｈｏｓｔ??３．１．４节点传感器的部署??基于平面镶嵌理论［５１］，正多边形无缝拼接的充要条件是：正多边形的角能够整除??３６０°，所以只有正三角形、正方形、正六边形等能将平面无缝拼接，因此在对果园部??署土壤节点时采用上述三种分割法进行了分割［５２＿５３】。对果园进行分割前，首先选定了??一个圆形，上述的三种形状均为选定圆形的内切图形［５４］，如图３－４所示，所构成的三??种部署方案如下所述。??（１）正三角形分割节点部署：将节点放置在圆的内接正三角形的中心处，使用??正三角形替代圆对果园区域进行覆盖，构成正三角形分割部署。??（２）正方形分割节点部署：将节点放置在圆的内接正方形的中心处，使用正方??形替代圆对果园区域进行覆盖，构成正方形分割部署。??（３）正六边形分割节点部署：将节点放置在圆的内接正六边形的中心处，使用??１２??
?河北农业大学硕士学位（毕业）论文???器、土壤ＥＣ值传感器、土壤ｐＨ值传感器、果树冠层环境温湿度传感器和果树叶面温??湿度传感器的无线传输功能。ＡＳ１００ＤＳ无线传输模块采用ＧＦＳＫ调制方式无线透明数??据收发，灵敏度高、传输距离远，不改变客户的任何数据和协议，内部自动完成通讯??协议转换和数据收发控制等特点％?ＡＳ１００ＤＳ无线传输模块的主要参数如表３－４所示，??实物如图３－７所示。??表３－４?ＡＳ?１００ＤＳ无线传输模块的主要参数??Ｔａｂ．３－４?Ｍａｉｎ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ＡＳ１００ＤＳ?ｗｉｒｅｌｅｓｓ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｍｏｄｕｌｅ???参数名称?参数内容???供电电压?５?Ｖ??工作频率?４３３?ＭＨｚ??发射电流?１００?ｍＡ??接收电流?３０?ｍＡ???调制速率?９．６?ｋＨｚ???Ｍ??＇ｉｍ??图３－７?ＡＳ１００ＤＳ无线传输模块??Ｆｉｇ．３－７?ＡＳ１００ＤＳ?ｗｉｒｅｌｅｓｓ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｍｏｄｕｌｅ??土壤节点和果树节点的运行需要提供ＤＣ?５Ｖ和ＤＣ?２４Ｖ两种电压，气象站节点??由太阳能电池板和内置锂电池进行供电，因此，节点的供电需要考虑上述的两种电??源。系统使用的ＤＣ?２４Ｖ电源为深圳市亿森能科技有限责任公司的１８６５０电芯的锂??电池组，其容量大小为３０８００?ｍＡ。除此之外，系统使用深圳市易稳科技有限公司??的ＤＣ?２４Ｖ转ＤＣ?５Ｖ的直流稳压模块ＥＶ１２０－Ｃ２４２４，其输出电流最大值为５Ａ，输??出功率最大值为１２０Ｗ，转换效率２９３％。??经过计算得土壤节点和果树节点对ＤＣ?５Ｖ电源的最
【参考文献】：
期刊论文
[1]MODBUS协议簇简介[J]. 王玉敏. 中国仪器仪表. 2019(12)
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[5]基于变论域模糊滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制[J]. 陈李济,应保胜,马强,伍娇. 组合机床与自动化加工技术. 2019(11)
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[9]基于PLC的自走式打捆机控制系统设计[J]. 詹宇,胡佳宁,李东明,任振辉. 黑龙江畜牧兽医. 2019(17)
[10]基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统设计[J]. 荆黎明,徐颖,侯强,田思庆. 中国科技信息. 2019(15)
博士论文
[1]设施农业精准水肥管理系统及其智能装备技术的研究[D]. 牛寅.上海大学 2016
硕士论文
[1]农业水肥一体化智能监控系统的研究与开发[D]. 姜浩.兰州理工大学 2019
[2]苹果园水肥灌溉决策控制系统设计与研究[D]. 李嵩.新疆大学 2019
[3]基于Zigbee技术的水肥一体化调节系统的设计与试验[D]. 兰家祥.福建农林大学 2019
[4]基于多环境因子的果园自动喷滴灌系统研究[D]. 李雄.华东交通大学 2018
[5]基于STM32的Modbus/Profibus协议转换模块的研究与实现[D]. 李洲山.西安建筑科技大学 2018
[6]基于PLC的果园水肥一体化自动控制系统设计[D]. 辛忠伟.河北农业大学 2018
[7]果园水肥一体化控制系统设计与实现[D]. 张伟.华东交通大学 2017
[8]基于高光谱信息的柑橘叶绿素含量预测模型研究[D]. 张雪艳.西南大学 2017
[9]灌溉施肥自动控制系统和多能源采集节点电源的研究与实现[D]. 王春龙.浙江大学 2014
[10]基于PLC和MB+的灌溉施肥模糊控制系统的设计[D]. 么丽丽.太原理工大学 2012
本文编号：3629183
【文章来源】：河北农业大学河北省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１果园施肥方式??
ｌｏｇｉｃａｌ?ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ?ｈｏｓｔ???参数名称?检测范围或原理?精度或说明??空气温度?－４０°Ｃ￣８（ＴＣ?±０．５°Ｃ??空气湿度?０？１００％ＲＨ?±３％??土壤温度?－４０°Ｃ￣８（ＴＣ?±０．５Ｔ；??十壤湿度?０？１００％ＲＨ?±３％??大气压力?０￣?１２０?ｋＰａ?±?０．１５?ｋＰａ??光照强度?０￣２００?ｋＬｕｘ?±５％??风向风速?一?一???降雨量?磁开关脉冲信号计量?－???图３－３气象监控主机实物图??Ｆｉｇ．３－３?Ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｍａｐ?ｏｆ?ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ?ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ?ｈｏｓｔ??３．１．４节点传感器的部署??基于平面镶嵌理论［５１］，正多边形无缝拼接的充要条件是：正多边形的角能够整除??３６０°，所以只有正三角形、正方形、正六边形等能将平面无缝拼接，因此在对果园部??署土壤节点时采用上述三种分割法进行了分割［５２＿５３】。对果园进行分割前，首先选定了??一个圆形，上述的三种形状均为选定圆形的内切图形［５４］，如图３－４所示，所构成的三??种部署方案如下所述。??（１）正三角形分割节点部署：将节点放置在圆的内接正三角形的中心处，使用??正三角形替代圆对果园区域进行覆盖，构成正三角形分割部署。??（２）正方形分割节点部署：将节点放置在圆的内接正方形的中心处，使用正方??形替代圆对果园区域进行覆盖，构成正方形分割部署。??（３）正六边形分割节点部署：将节点放置在圆的内接正六边形的中心处，使用??１２??
?河北农业大学硕士学位（毕业）论文???器、土壤ＥＣ值传感器、土壤ｐＨ值传感器、果树冠层环境温湿度传感器和果树叶面温??湿度传感器的无线传输功能。ＡＳ１００ＤＳ无线传输模块采用ＧＦＳＫ调制方式无线透明数??据收发，灵敏度高、传输距离远，不改变客户的任何数据和协议，内部自动完成通讯??协议转换和数据收发控制等特点％?ＡＳ１００ＤＳ无线传输模块的主要参数如表３－４所示，??实物如图３－７所示。??表３－４?ＡＳ?１００ＤＳ无线传输模块的主要参数??Ｔａｂ．３－４?Ｍａｉｎ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ＡＳ１００ＤＳ?ｗｉｒｅｌｅｓｓ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｍｏｄｕｌｅ???参数名称?参数内容???供电电压?５?Ｖ??工作频率?４３３?ＭＨｚ??发射电流?１００?ｍＡ??接收电流?３０?ｍＡ???调制速率?９．６?ｋＨｚ???Ｍ??＇ｉｍ??图３－７?ＡＳ１００ＤＳ无线传输模块??Ｆｉｇ．３－７?ＡＳ１００ＤＳ?ｗｉｒｅｌｅｓｓ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｍｏｄｕｌｅ??土壤节点和果树节点的运行需要提供ＤＣ?５Ｖ和ＤＣ?２４Ｖ两种电压，气象站节点??由太阳能电池板和内置锂电池进行供电，因此，节点的供电需要考虑上述的两种电??源。系统使用的ＤＣ?２４Ｖ电源为深圳市亿森能科技有限责任公司的１８６５０电芯的锂??电池组，其容量大小为３０８００?ｍＡ。除此之外，系统使用深圳市易稳科技有限公司??的ＤＣ?２４Ｖ转ＤＣ?５Ｖ的直流稳压模块ＥＶ１２０－Ｃ２４２４，其输出电流最大值为５Ａ，输??出功率最大值为１２０Ｗ，转换效率２９３％。??经过计算得土壤节点和果树节点对ＤＣ?５Ｖ电源的最
【参考文献】：
期刊论文
[1]MODBUS协议簇简介[J]. 王玉敏. 中国仪器仪表. 2019(12)
[2]水肥一体化技术在实际应用中存在的问题及对策[J]. 许庆广. 现代农村科技. 2019(12)
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[5]基于变论域模糊滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制[J]. 陈李济,应保胜,马强,伍娇. 组合机床与自动化加工技术. 2019(11)
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[7]河北省苹果主要种植县气象条件分析[J]. 许俊卿,孙小诺,王蓉蓉,贾桂梅,魏丽欣,王欢. 陕西农业科学. 2019(09)
[8]基于作物生长环境监测的大田水肥一体化系统设计[J]. 蒋再扬,王贝贝,李明放,刘文辉. 农业工程技术. 2019(27)
[9]基于PLC的自走式打捆机控制系统设计[J]. 詹宇,胡佳宁,李东明,任振辉. 黑龙江畜牧兽医. 2019(17)
[10]基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统设计[J]. 荆黎明,徐颖,侯强,田思庆. 中国科技信息. 2019(15)
博士论文
[1]设施农业精准水肥管理系统及其智能装备技术的研究[D]. 牛寅.上海大学 2016
硕士论文
[1]农业水肥一体化智能监控系统的研究与开发[D]. 姜浩.兰州理工大学 2019
[2]苹果园水肥灌溉决策控制系统设计与研究[D]. 李嵩.新疆大学 2019
[3]基于Zigbee技术的水肥一体化调节系统的设计与试验[D]. 兰家祥.福建农林大学 2019
[4]基于多环境因子的果园自动喷滴灌系统研究[D]. 李雄.华东交通大学 2018
[5]基于STM32的Modbus/Profibus协议转换模块的研究与实现[D]. 李洲山.西安建筑科技大学 2018
[6]基于PLC的果园水肥一体化自动控制系统设计[D]. 辛忠伟.河北农业大学 2018
[7]果园水肥一体化控制系统设计与实现[D]. 张伟.华东交通大学 2017
[8]基于高光谱信息的柑橘叶绿素含量预测模型研究[D]. 张雪艳.西南大学 2017
[9]灌溉施肥自动控制系统和多能源采集节点电源的研究与实现[D]. 王春龙.浙江大学 2014
[10]基于PLC和MB+的灌溉施肥模糊控制系统的设计[D]. 么丽丽.太原理工大学 2012
本文编号：3629183
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